材料表征分析類課程建設新思考

林健

摘要：材料表征、分析類課程是材料科學與工程專業本科教學中的主干課程。該類課程具有信息量多、知識更新速度快等特點。采用廣與專、基礎理論教學和快速知識更新、理論必修課程與實驗選修課程相結合的多媒體教學手段，有利于該類課程獲得較為理想的教學效果。

關鍵詞：本科教學；材料分析表征；課程建設；材料科學與工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）50-0216-02

隨著科技與經濟的不斷發展，由各種材料制造的物質產品豐富著人類的生活。各種功能的新產品不斷涌現，對于各種材料的需求不僅是量的增多，更是質的飛躍，新材料的研究和開發已經成為影響科技與生產發展的一個重要因素。為了滿足社會對新材料的渴求，開展材料科學與工程專業課程建設，培養符合現代科技發展需求的材料科學領域專門人才，成為該領域教育工作者的一項重要任務。

一、材料表征、分析類課程的特點

在材料科學領域，材料的組成、結構和應用三個因素構成了研究、制造和使用材料中的一個鐵三角關系，相輔相成。各類新材料的研究和開發，無不需要對材料結構與各種性能進行表征。因此，材料表征、分析類課程就成為材料類本科課程體系中的一門專業必修課程。如浙江大學、同濟大學等許多高校的材料類專業就分別開設了材料近代測試技術、材料研究方法、材料分析方法等同類課程，清華大學等校則分別開設了光學顯微分析、電子顯微鏡分析、X-光衍射分析等表征分析類專門課程。隨著材料研究的不斷深入，納米材料、生物材料、信息材料等一大批新材料大量涌現，各種新型分析、測試手段層出不窮，反映在材料表征、分析類課程教學中，存在廣、高、新等特點，具體反映在以下幾個方面。

（一）所涉材料研究領域廣

在材料研究與開發過程中，不斷細分出大量具有不同性質和功用的各類材料。從材料組成、結構來分，可分為金屬、無機非金屬、有機高分子材料和復合材料等；而如果按其功用來分，又可分為建筑材料、信息材料、生物材料等。這些不同門類的材料涉及到不同的分析、表征方法，各具特點而又相互交錯。即使是同一種材料，又包含材料組成分析、結構表征、微觀形貌觀察、相關性能測試等多種分析方法，造成材料分析檢測儀器種類繁多、而測試、分析原理及使用方法又各不相同，導致該類課程涉及面廣而雜，知識點眾多。

（二）專業背景知識要求高

材料表征與分析類課程教學不僅包括各類分析測試儀器介紹，更包含應用這些儀器進行各種材料的研究和分析。鑒于材料科學研究門類眾多、新材料層出不窮的特點，該課程所涉及的專業背景知識非常多，不僅包括材料專業基礎知識，更涉及建筑材料、信息材料、生物材料、納米材料等專門知識。因此在教學過程中需要有大量的專業背景知識進行鋪墊，學生所面對的信息量非常多。

（三）材料表征技術更新速度快

隨著材料研究的觸角不斷引向微觀，材料分析與表征儀器不斷增加和更新，大型分析儀器的價格昂貴，教學實驗安排的困難導致課程教學中學生實際操作這些儀器的可能性較小，因此采用傳統的課程教學方法無法滿足該類課程教學的需求，課程建設的壓力不斷增強。

二、材料表征、分析類課程建設的幾點想法

針對材料表征、分析類課程教學的這些特點，只有通過加快課程建設，采用多種形式的教學手段開展該類課程的教學工作，才能滿足社會發展的需求。筆者通過多年開展國家精品課程“材料研究方法”的教學和教改工作，形成如下幾方面的課程建設設想。

（一）廣與專相結合

材料表征與分析類課程涉及的知識面之廣、應用儀器之多，是其他一些專業課程所少見的，學生在學習過程中難以消化吸收如此多的專業知識，因此課程教學中必須采用廣與專相結合的教學方法。

材料表征與分析過程中要涉及材料組成分析、結構表征、形貌觀察、性能測定等各種不同的分析、測試方法，而金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等的表征分析方法又各有所不同，這樣就出現了各種材料領域的教學要求各不相同的問題。因此在教學過程中只有采用“求同存異”、廣與專相結合的方法才能有效地解決這個問題。如對于一些共用性較強的分析方法，如X射線研究分析、電子顯微分析、熱分析、光譜分析等，需要安排較多的課時教學，而其他一些專門性較強的儀器分析方法，則可以采用分方向教學或引入專家講座的形式進行。針對本科學生所學的專業知識面不深的特點，在課程教學中應注意以基礎教學為主、兼之以相關專業知識鋪墊，使學生在掌握各類材料基本分析方法的同時又大體了解新材料研究與分析領域的一些最新發展。對于一些專業性很強的儀器分析和應用方法，可以安排在研究生教學階段深入進行。

（二）基礎理論教學和快速知識更新相結合

材料表征與分析類課程教學兼有理論教學和應用實踐兩方面的內容，同時又面臨分析、測試儀器發展、更新速度很快的特點。課堂教學中，采用正式出版的教科書有利于系統而全面地開展理論教學，但其較長的出版周期又無法滿足快速知識更新的要求。因此在課程教學過程中宜采用教科書和補充教材相結合的方法，在課內外補充一些材料表征與分析領域的最新進展文獻資料，通過課內講座和課外閱讀等形式幫助學生把握材料科學及測試、分析領域的最新發展動向。

（三）多種教學形式的綜合應用

在材料表征與分析類課程教學過程中，涉及到大量的分析測試儀器，有些儀器分析原理深奧而設備結構復雜，傳統的書本和課堂板書較難將一些知識點講清楚；而現代儀器分析的發展又與國際最新材料科學研究發展密切相關，為了培養具有一定國際競爭力和國際視野的學生，在專業課程教學中引入外語教學內容也是一種重要手段。為此，同濟大學在“材料研究方法”國家精品課程建設中，針對該課程面廣、知識點多的特點，靈活開展中英文雙語教學改革，在各種儀器的基本理論、發展和應用等知識點介紹時采用中英文結合課堂講解和英文電子教材相結合，保證學生對相關知識點的掌握和運用。同時在教學過程中引入大量的專家講座，并結合教學圖片、多媒體課件、參考文獻庫、教學圖譜集等手段，豐富了教學內容，明顯提高了該課程的教學質量和學生知識點掌握程度。

（四）課堂教學與實踐訓練相結合

材料表征與分析類課程教學中涉及大量的儀器分析介紹，如果采用課堂教學與實驗教學相結合的手段，讓學生直接操作這些儀器設備，鞏固課堂教學知識，將明顯有利于課程教學質量的提高。但由于該類課程所涉及的一些分析儀器多為大型儀器，許多高校都難以將這些儀器設備向本科教學完全開放。因此根據各校實際情況提供學生實踐機會不失為一種可行方法。筆者在訪問密蘇里科技大學期間，考察了其材料專業課程的設置和教學情況，發現盡管該系大型儀器的擁有量與復套數明顯高于國內高校，但仍難以滿足所有本科學生的相關實驗教學需要，因此他們采用了課程教學與實驗選修相結合的方式，除了開設必修課程Characterization of Inorganic Solids外，還開設了Characterization of Inorganic Solids Laboratory、X-Ray Diffraction Laboratory等后續實驗課程，對本科實驗教學進行分流，根據學生愛好有選擇地進行儀器操作方面的培養，較好解決了實驗設備方面的問題，值得借鑒。同濟大學在“材料研究方法”課程教學實踐中結合老師的科研工作，設立若干材料測試分析方面的小課題，讓學生按專業方向和研究興趣參與其中。同時課程教學過程中聯合學院測試中心，設置實驗教學學時，通過具體測試分析實驗的觀摩、演示、操作指導等方式增進學生在儀器分析過程中的實踐能力培養，對材料的各種測試分析方法有了更深層次的理解，取得了較好的教學效果。

材料表征與分析類課程是一門專業基礎而又時效性很強的課程，面對知識經濟、信息爆炸的今天，只有不斷適應材料科學領域的最新發展、不斷開展課程建設和教學內容更新，才能更好地滿足教學需求，不斷為國家輸送材料科學領域的有用之材。

參考文獻：

[1]趙建豪，容建華.《材料分析與表征》的課程教學探討[J].教育教學論壇，2015，（10）：160-161.

[2]劉成龍，田中青，黃偉九，等.《現代材料研究方法》課程建設的新思路與新舉措[J].教育教學論壇，2017，（9）：225-226.